《化工分离工程》课程教学大纲（2020版）

一、课程基本信息

课程代码：CHEM4103

课程名称：化工分离工程

课程英文名称：Chemical Separation Engineering

课程所属单位（院（系）、教研室）：化学与环境工程学院化工系

课程面向专业：化学工程与工艺

课程类型：必修课

先修课程：物理化学、化工原理、化工热力学

学分：2

总学时：32 (其中理论学时：32；实验学时：0)

二、课程性质与目的

（一）课程性质

本课程是化学工程与工艺专业的一门专业基础课，以传质分离过程作为研究对象，应用物理化学、化工热力学和化工原理介绍的有关相平衡、热力学、动力学、传热、传质和动量传递理论来研究实际化工生产过程中复杂物系的分离过程，研究和处理传质分离过程中的开发和设计等工程问题。本课程讲授传质与分离工程的原理和应用、化工分离过程中的一些主要分离单元操作。包括传质操作过程的计算、适宜分离方法的选择、分离工艺流程和操作条件的确定和优化、分离操作的研究方法，主要讨论在工业生产上有广泛应用的多元精馏（含特殊精馏）和多组分吸收的分离技术。

（二）课程目的

在已学习过的物理化学、化工热力学和化工原理等课程的基础上，进一步学习化工中应用较广和较复杂的分离单元操作。通过本课程的学习，使学生掌握较复杂分离过程的基本理论、操作特点、计算方法和强化改进的途径，具备解决实际化工分离工程问题的基本能力。

课程目标和毕业要求指标对应点关系见表1。

表1 课程目标和毕业要求指标点对应关系

三、课程教学内容与要求

（一）绪论

1、教学内容与要求

（1）讲述分离工程学科的缘起、发展和涵盖内容。

（2）简要梳理分离工程的部分前沿领域，展望未来学科发展方向。

2、教学重点

分离过程的学科的起源、涵盖的内容。

3、教学难点

梳理分离工程的前沿领域，展望未来学科的发展方向。

（二）多组分精馏

1、教学内容与要求

（1）简述精馏过程和设备的发展，工业应用。；

（2）介绍汽-液相平衡计算、针对物系特点选用方程计算气液平衡常数；

（3）介绍泡点、露点的计算原理。

（4）介绍闪蒸过程的计算原理。

（5）介绍定态多级平衡分离过程MESH方程组的建立。

（6）介绍MESH方程组的常用算法、各算法的特点和适用范围。

（7）介绍多组分精馏组分分类、Fenske方程。

（8）介绍Underwood方程计算最小回流比、Gilliland关联求解。

（9）介绍精馏操作压力的选定、多组分精馏流程设计。

2、教学重点

精馏过程中气液平衡理论及应用；泡点、露点及等温闪蒸过程的计算。定态多级平衡分离过程的MESH方程组的建立、解法，多组分精馏模型的建立、求解。

3、教学难点

定态多级平衡分离过程的MESH方程组的建立、解法。

（三）气体吸收

1、教学内容与要求

（1）分析吸收与精馏异同之处，介绍吸收典型流程、吸收开发步骤。

（2）讲述物理吸收的相平衡、化学吸收的相平衡。

（3）讲述吸收的传质模型、化学吸收增强因子、传质系数关联式。

（4）讲述吸收因子法原理、平均吸收因子法的设计型计算。

（5）介绍化学吸收分类、液相传质速率、一级不可逆反应传质速率计算。

（6）讲述不可逆瞬间反应、二级不可逆反应的传质速率计算。

（7）介绍板式塔效率获取途径、填料塔理论板当量高度。

2、教学重点

物理吸收和化学吸收的相平衡，吸收传质模型，吸收设计型计算，化学吸收的相关原理计算等。

3、教学难点

化学吸收一级不可逆反应传质速率计算、不可逆瞬间反应、二级不可逆反应的传质速率计算。

（四）液液萃取

1、教学内容与要求

（1）讲述液液萃取原理和应用、液液相平衡、萃取过程计算原理。

（2）讲述特征速度和液泛、传质单元法和传质单元高度、扩散模型。

（3）介绍液液萃取设备的类型和选择原则、转盘塔的设计计算。

2、教学重点

液液萃取原理和应用、液液相平衡、萃取过程计算原理。

3、教学难点

萃取过程中特征速度和液泛、传质单元法和传质单元高度、扩散模型。

（五）膜分离

1、教学内容与要求

（1）简述膜分离过程发展、常见膜分离单元机理、微观结构和宏观形态。

（2） 讨论膜分离技术工程应用的相关问题，反渗透过程分析。

2、教学重点

常见膜分离单元机理、微观结构和宏观形态。膜分离技术的工程应用。

3、教学难点

膜分离单元机理、微观结构和宏观形态。

四、学时分配

表2学 时 分 配 表

五、教学环节与教学要求

本课程除了课堂教学之外，主要以习题讲解、课后作业的形式进行知识强化和巩固，课后习题的类型以工程应用和设计型题目为主，以结合实际问题进行工程实践，同时还涉及问答题、证明题和思考题等形式。学生通过思考，并结合专业背景知识，独立完成作业。通过本课程学习，要求学生：

（1）正确理解化工分离工程的有关基本概念和理论；

（2）掌握各种分离操作过程的联系和区别；

（3）掌握化工分离工程的基本计算方法；

（4）具备理论联系实际的能力，能够灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。

表3 课程目标及其实现方法

六、课程考核办法

本课程为必修课，课程成绩采用结构化评定方法，即考试成绩和平时成绩加权综合评定，其中平时成绩（课程作业、课堂表现）占70%，考试成绩占30%，课程考试采用闭卷方式。

表4 课程目标对应的考核内容及考核方式

期末考试采用百分制，考核标准见各年度试卷评分标准；课程作业评价评价标准见以下各表：

表5 课程作业评价标准

备注：

1、本课程总计安排3次课程作业；

2、各次课程作业均有特定解题过程；

3、课堂讨论后可修改并延后一周提交；但未提交或未修改者不给分。

七、教材与主要参考书

教材

1、刘家祺.《传质分离过程》, 北京: 高等教育出版社, 2005.

主要参考书

1、邓修, 吴俊生. 《化工分离工程（第二版）》, 北京: 科学出版社, 2017.

2、Seader, J. D., Henley, E. J. 《Separation Process Principles, John Wiley & Sons Inc. 2000.

3、陈洪钫, 刘家祺.《化工分离过程》, 北京: 化学工业出版社, 1995.

八、课程目标达成度评价

课程目标达成度从学生个体达成情况和课程整体达成情况两方面评价，前者将作为评判学生是否达到毕业要求以及能否通过课程考核的依据；后者作为课程实施质量的评价及持续改进措施的依据。当参加课程考核的学生班级数为2个班时，样本集为所有学生；当参加课程考核的学生班级为3个班及以上时，样本集通过间隔采样获取（按照所有学生学号序列间隔采样）。学生个体达成度统计表和课程整体达成度统计表如表6和表7所示。

表6 学生个体对课程目标的达成度统计表

备注：*期望值根据各年度考核覆盖面、难度、预期区分度等因素调整，但不低于所对应课程目标观测点全分值的60%；课程考试采用百分制，各观测点得分值×40%后输入本表格。

表7 课程整体目标达成度评价及持续改进

备注：*课程分目标达成度计算方法为，样本中与课程目标对应观测点的平均得分/课程目标对应观测点的总分值。

执笔人：徐兵 时间：2019年11月